[发明专利]微纳结合的主被动混合吸声结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主被动混合吸声系统，提出了一种基于阻抗匹配法的主被动混合吸声结构。通过噪声的主动控制和传统多孔吸声材料被动吸声的结合，能够在较宽的频率范围内获得很好的吸声效果，同时由于运用微纳结合，有效地减小了吸声结构的体积。

背景技术

噪声是除了空气污染和水污染之外，危害环境的第三大污染源。随着现代科学技术的发展和社会前进步伐的加快，机械加工、交通运输等的高速发展给社会带来方便的同时，辐射的噪声也带来了危害。研究和控制噪声既是保护环境的迫切需要，也是提高工业产品质量、减小能源损耗所必须解决的问题。

利用吸声材料进行被动吸声是目前常用的降低噪声的方法。目前已有很多种吸声材料，包括：泡沫和纤维等多孔材料、穿孔板和微穿孔板等共振吸声结构，以及经过改进的特定吸声结构，如：吸声尖劈、不规则形状的微穿孔板等。其中多孔材料对中高频的噪声具有很好的吸声性能，但对低频噪声的吸声效果很差。

要改善被动吸声材料低频的吸声性能，需要增加材料的厚度。厚度增加导致吸声结构的体积增大，不便于实际应用；同时，由于吸声材料流阻的制约，光靠增加吸声材料的厚度并不能使吸声频带无限制地向低频延伸。纳米技术的发展，促使人们想到是否能应用纳米技术来改善多孔材料自身的吸声性能，M.Bandarian等人通过在多孔材料中填充不同类型的纳米管进行了实验研究(M.Bandarian，A.Shijaei and A.Morad Rashidi，Thermal mechianical andacoustic damping properties of flexible open-cell polyurethanel/multi-walled carbon nanotubefoam：effect of surface functionality of nanotubes，2010 society of chemical industry)，发现在多孔材料中均匀地填充少量的纳米管后，确实显著提高了材料的吸声性能。尤其是对中高频入射声波，多孔吸声材料的吸声性能有很大提高，但是这种方法对材料低频的吸声性能没有明显改善。所以，单纯地依靠吸声材料被动吸声，在实际应用中，并不能达到很好的吸声效果。

因此，对噪声的主动控制引起了人们的关注。主动噪声控制的原理是通过引入次级声源来抵消反射噪声，从而达到吸声降噪的目的。控制的方法主要有前馈控制和反馈控制两种。随着电子技术和信号处理技术的发展，主动噪声控制的基础理论已经成熟。由神经网络技术的发展而来的自适应前馈控制和反馈控制是目前普遍应用的控制方法，并且运用这两种控制方法得到了很好的控制效果。自适应控制算法，例如经典的滤波-最小均方值算法(FXLMS)、滤波-U递推二乘(FULMS)算法等，广泛地应用于主动噪声控制中，提高了控制的准确性和快速性。但是，纯粹的主动噪声控制降低低频噪声的效果很好，对中高频的噪声，由于控制溢出使得控制效果很差。因此，主动噪声控制的应用仍然受到频带的限制。

为了更切合实际的应用，发展主被动相结合的吸声结构对于扩大吸声频率范围并降低吸声结构的尺寸有重大的意义。因此，主被动混合吸声成为了近年来主动噪声控制发展的热点。常用的混合吸声结构的控制方法主要有：释压法(Pedro.Cobo and J.Dfertzschner，Hybridpassive-active absorption using microperforated panels，Journal of Acoustical society of America(2004)，vol 116，NO.4，2118-2125)和阻抗匹配法(Pierre Leroy and Alain Berry，Experimentalstudy ofa smart foam sound absorber，Journal of Acoustical society of America(2011))。

Pierre Leroy等人研究了将传统的多孔吸声材料泡沫(foam)和PVDF压电薄膜控制相结合组成的泡沫-压电薄膜(foam-PVDF)主被动混合吸声结构，并将其称为智能泡沫(SmartFoam)。该主被动吸声系统在单频、多频的平面波噪声入射下，达到了完美的吸声效果，吸声系数接近于1.0。但是，在白噪声的干扰下，主动控制的效果受到了限制。该系统的缺点是：

1、由于智能泡沫几何结构的非线性，增加了主动噪声控制的复杂度，降低了噪声的控制的精度。